KR101472712B1

KR101472712B1 - 비가교형 태양전지 봉지재 조성물, 이를 포함하는 태양전지 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지 모듈

Info

Publication number: KR101472712B1
Application number: KR20140079855A
Authority: KR
Inventors: 김광무; 태경섭; 박영돈; 이휘용; 김준호
Original assignee: 주식회사 이녹스
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2014-12-16

Abstract

본 발명은 비가교형 태양전지 봉지재 조성물, 이를 포함하는 태양전지 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 태양전지 봉지재에 비해 높은 체적저항률을 구현하여 태양전지 모듈의 PID(potential induced degradation) 현상을 최대한 지연, 억제할 수 있으며, 동시에 내열성, 내습성, 내후성, 접착성, 투명성 및 유연성이 현저히 우수하고, 태양전지 봉지재의 제조비용, 시간을 획기적으로 절감할 수 있는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물, 이를 포함하는 태양전지 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.

Description

비가교형 태양전지 봉지재 조성물, 이를 포함하는 태양전지 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지 모듈{Non-crosslink type solar cell sealing material composition, solar cell sealing material comprising the same and solar cell modules comprising solar cell sealing material}

최근 환경친화적 에너지원으로 태양광 발전이 각광받고 있다. 이러한 태양광 발전을 위해 이용되는 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 핵심소자이다. 태양전지는 필요에 따라 직렬 또는 병렬로 연결하여 장기간 자연환경 및 외부 충격에 견딜 수 있는 구조로 제조하여 사용하게 되는데, 그 최소단위를 태양전지 모듈이라고 한다.

이러한 태양전지 모듈에 사용되는 태양전지 소자는 직접 외기와 접촉하게 되면 그 기능이 저하되기 때문에 봉지재를 사용하여 이물질이나 수분 등의 침입을 방지하고 있다.

일반적으로, 이러한 상기 봉지재는 매우 높은 광학 투명성(clarity), 낮은 탁도(haze), 높은 내충격성, 충격 흡수성, 탁월한 자외선(자외선)광 저항성, 우수한 장기간 열안정성, 유리 및 다른 태양 전지 라미네이트 층에 대한 탁월한 접착성, 낮은 자외선광 투과성, 낮은 수분 흡수성, 높은 수분 저항성, 탁월한 장기간 내후성, 높은 체적저항률을 포함하는 특성들의 조합을 갖추어야만 한다.

태양광 발전에 사용되는 태양전지 모듈은 통상 셀을 보호하기 위해 양면에 상술한 봉지재의 역할을 담당하는 EVA(ethylene vinyl acetate) 시트가 사용되며, 추가적으로 태양광이 입사되는 쪽에 투명 유리기판과 그 반대편에는 기체 차단성 및 내후성이 우수한 시트로 라미네이팅 되어있다. 상기 라미네이팅 방법은 투명유리 기판, EVA 시트, 셀, EVA 시트, 기체 차단성 시트를 적층한 후 특정의 온도, 압력하에 가열, 가교하여 접착시킨다.

일반적으로 태양전지 봉지재용 EVA 시트는 가교 후 높은 투명성과 접착성, 내후 안정성이 요구되기 때문에 수지 내에 피쉬아이나 이물질의 존재밀도가 극히 낮은 고순도 EVA 수지를 사용하며, 이 수지에 가교제, 가교조제, 산화방지제, 광안정제, 자외선 흡수제 등 각종 첨가제를 혼합한 후 EVA 수지의 용융온도 이상이면서 가교제인 유기 과산화물 및 기타 가교조제를 분해온도 이하에서 용융 혼련하여 제조되고, 그 제조에 대한 일예시로 대한민국 공개특허공보 제2013-0047116은 산화방지제를 포함하는 EVA 수지를 이용한 태양전지용 봉지재 시트의 제조방법을 개시하고 있다. 　

통상적으로 많이 사용되는 EVA 수지는 오토클레이브 반응기를 활용하여 제조된 수지로, 비닐아세테이트 함유량은 25~33중량%인데, 비닐아세테이트 함유량이 높을수록 투명성이 증가하나, 전기 절연성이 나쁘며, 끈적하여 취급하기가 곤란하고, 용융시 수지 점성이 낮아 라미네이팅시 유리기판과 백시트(back sheet)와의 사이로부터 수지가 유출되기 쉬운 문제가 발생되어, 시트 제조시 이의 단점을 보완하는 각종 첨가제를 혼합해야 하거나 시트간의 블로킹을 방지하기 위한 별도의 방안을 강구해야 하는 문제점이 있다. 반면에 비닐아세테이트 함유량이 적은 것은 시트의 블로킹, 수증기 투과율이 적고, 전기 절연성은 우수하나 투명성, 접착성이 저하되어, 이의 단점을 보완하기 위해 시트 제조시 각종 첨가제를 상대적으로 과량 처방해야 하는 문제점이 있어 모든 물성을 동시에 만족시키기 매우 어려운 문제점이 있다. 또한, EVA는 공정상 경화 프로세서가 반드시 필요함에 따라 제조공정에서 많은 시간과 비용이 소비됨에 따라 봉지재 생산성 저하 및 비용상승의 문제점이 있다. 나아가 태양전지가 설치되는 장소는 태양이 내리쬐는 장소이고, 또 옥외에서 자연적인 상태에 노출되어 있기 때문에 EVA는 자외선에 의해 아세트산을 발생시키고 이에 따라 황변을 일으켜 태양전지 모듈의 효율저하를 유발하며, 열에 의해 발생한 아세트산비닐 가스는 냄새 및 전극의 손상을 유발하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 PVB(polyvinyl butyral) 수지가 봉지재의 주재로 제안되고 있는데, PVB 수지 역시 내습성이 취약함에 따라 태양전지 모듈의 장기적 내후 특성에 문제점으로 지적되고 있다.

또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 에틸렌과 메틸아크릴산의 공중합체에 부분적으로 Zn, Na, Ca 등의 금속이온이 부분적으로 치환되어 가교를 형성한 아이오노머(ionomer) 수지가 제안되었다. 상기 아이오노머 수지는 가공성이 좋고, 금속접착력, 강산, 강알칼리, 오일, 유기용제 및 수분에 대한 저항성이 우수하나 투과도가 낮은 문제점이 있고, 가격이 매우 비싸 생산비용을 상승시키는 문제점이 있다.

나아가, 최근에는 상기와 같은 문제점들 이외에 태양전지의 PID(potential induced degradation) 문제가 대두되고 있는데, PID는 발전되는 태양광 모듈 내부의 셀과 외부 프레임간의 전위차에 의해 출력저하가 나타나는 현상이다. 최근 태양광 발전 시스템은 설치 비용과 높은 전환 효율의 이유로 transformer less inverter를 사용하는데, Transformer less inverter의 경우 시스템의 직류 직렬 연결부분은 안전을 이유로 접지를 하지 않으며 그로 인해 여러 설치 환경에 의해 프레임 전위와 셀간의 전위차가 발생될 가능성이 있고, 특히 고전압, 고효율의 태양광 발전 시스템에서 발생될 가능성이 높다. 상기 여러 설치 환경 중에서도 고온/다습한 환경일수록 열성, 내습성, 내후성, 내후성 등이 갖추어지지 않은 태양전지 모듈 봉지재는 체적저항이 낮아 PID 현상을 더욱 가속화 하는 문제가 있으며, 이에 따라 태양전지 출력이 초기 출력 대비 90% 이상 저하될 수 있는 치명적인 문제점이 있다.

이에 따라, 종래의 태양전지 봉지재에 비해 높은 체적저항률을 구현하여 태양전지 모듈의 PID(potential induced degradation) 현상을 최대한 지연, 억제할 수 있으며, 동시에 내열성, 내습성, 내후성, 접착성, 투명성 및 유연성이 현저히 우수한 태양전지 봉지재의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래의 태양전지 봉지재에 비해 높은 체적저항률을 구현하여 태양전지 모듈의 PID(potential induced degradation) 현상을 최대한 지연, 억제할 수 있으며, 동시에 내열성, 내습성, 내후성이 우수하여 다양한 환경에서 사용이 가능하고, 접착성이 우수해 사용 중에 봉지재의 분리, 박리에 따른 태양전지 모듈의 출력저하, 셀의 손상 등을 방지할 수 있으며, 투명성이 우수함에 따라 태양광이 태양전지 셀로 도달을 차단, 방해하지 않고, 유연성 우수함에 따라 태양전지 셀과의 밀봉성이 좋아 내구성 향상에 기여함과 동시에 태양전지 봉지재의 제조비용, 시간을 획기적으로 절감할 수 있는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물, 이를 포함하는 태양전지 봉지재 및 이를 포함하는 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 공중합체 내에 5 ~ 20중량%로 에틸렌 단량체를 포함하는 에틸렌-프로필렌 공중합체를 포함하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 하기 조건 (1) 내지 (3)을 만족할 수 있다.

(1) 190℃, 2.16㎏ 하중에서 멜트플로우레이트(MFR) 0.5 ~ 20g/10분

(2) 밀도 0.850 ~ 0.885g/㎤

(3) 연화점 40 ~ 90℃

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 하기 조건 (4)를 더 만족할 수 있다.

(4) 굴곡탄성율 10 ~ 120MPa

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 하기 조건 (1) 내지 (3)을 만족할 수 있다.

(1) 190℃, 2.16㎏ 하중에서 멜트플로우레이트(MFR) 0.8 ~ 10g/10분

(2) 밀도 0.862 ~ 0.878g/㎤

(3) 연화점 48 ~ 80℃

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 공중합체 내에 포함된 에틸렌 단량체의 함량이 9 ~ 15중량%일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체; 및 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체에 포함된 에틸렌 단량체의 함량보다 5 중량% 이상 적은 함량의 에틸렌 단량체를 포함하는 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체;를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체를 35 ~ 110 중량부로 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 비가교형 태양전지 봉지재 조성물은 실란커플링제 및 그라프팅 개시제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 실란커플링제는 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란(3-acryloxypropyltrimethoxysilane), 비닐트리메톡시실란(Vinyltrimethoxysilane), 비닐트리에톡시실란(Vinyltriethoxysilane), 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란(3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane), 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란(3-methacryloxypropyltrimethoxysilane), 메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란(3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane), 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란(3-methacryloxypropyltriethoxysilane)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 그라프팅 개시제는 1분 반감기 온도가 90 ~ 190℃일 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 비가교형 태양전지 봉지재 조성물은 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 실란커플링제 0.1 ~ 5중량부 및 그라프팅 개시제 0.01 ~ 1중량부를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 비가교형 태양전지 봉지재 조성물은 자외선 흡수제, 자외선 안정제 및 열안정제 중 적어도 1종 이상을 포함하는 내후성 향성제를 더 포함하고, 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 상기 내후성 향상제를 0.01 ~ 0.4중량부로 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 비가교형 태양전지 봉지재 조성물의 200℃에서의 점도는 1,000 ~ 100,000 P(poise)일 수 있다.

또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물을 포함하는 태양전지 봉지재용 마스터배치 칩을 포함한다.

한편, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물을 포함하는 태양전지 봉지재를 포함한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 태양전지 봉지재는 하기의 조건 (6) 및 (7)을 만족할 수 있다.

(6) 수분 투과도 0.1 ~ 1 g·500um/㎡·day

(7) 체적저항 10E16 ~ 10E18 Ω·㎝

또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 태양전지 봉지재를 포함하는 태양전지 모듈을 포함한다.

이하 본 발명에서 사용한 용어에 대해 정의한다.

본 발명에서 사용한 용어인 "공중합체"는 2 종류 이상의 반복단위(repeating unit)로 구성된 공중합체이고, 상기 반복단위의 순서가 랜덤하게 연결되어 있는 것을 의미한다.

본 발명에서 사용한 용어인 각종 기재들의 구조적 위치 관계에 대한 “위(on)”, “상부”, “상”, “아래(under)", "하부”, “하”의 기재는, “위(on)”,“상부”, “상”, “아래(under)", "하부”, “하”는 “directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다.

본 발명은 현저하게 높은 체적저항률을 구현하여 태양전지 모듈의 PID(potential induced degradation) 현상을 최대한 지연, 억제할 수 있으며, 동시에 내열성, 내습성, 내후성이 우수하여 다양한 환경에서 사용이 가능하고, 접착성이 우수해 사용 중에 봉지재의 분리, 박리에 따른 태양전지 모듈의 출력저하, 셀의 손상 등을 방지할 수 있으며, 투명성이 우수함에 따라 태양광이 태양전지 셀로 도달을 차단, 방해하지 않고, 유연성 우수함에 따라 태양전지 셀과의 밀봉성이 좋아 내구성 향상에 기여함과 동시에 가교를 위한 높은 열을 필요로 하지 않고 저온 봉합이 가능해 태양전지 봉지재 및 태양전지 모듈의 제조비용, 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면모식도이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

상술한 바와 같이 종래의 태양전지 모듈의 제조시에 사용되는 봉지재의 주재로 많이 사용되는 EVA는 공정상 경화 프로세서가 반드시 필요하고, 이에 따라 많은 양의 가교제 및 가교조제를 포함시켜 높은 열에 의해 가교를 수행해야됨에 따라 제조공정에서 많은 시간과 비용을 초래하였다. 또한, EVA는 투명성이 좋을 경우 전기 절연성 저하, 취급성 저하, 라미네이팅 공정에서 봉지재 수지의 유출되는 등의 문제점을 발생시켰다. 나아가 끈적임이 적어 봉지재 시트간 블로킹성이 좋고, 수증기 투과율이 적으며, 전기 절연성이 우수할 경우 투명성, 접착성이 저하되는 등 모든 물성을 동시에 만족시키기 매우 어려웠고, 소재의 특성상 높은 투습성, 고온에서 가스발생에 따라 전극 손상, 자외선에 의한 황변 현상에 따른 태양전지 모듈의 출력감소를 유발하는 문제점이 있었다. 이에 따라 새로이 개발된 PVB, 아이노머 수지의 경우에도 태양전지 봉지재에 요구되는 모든 물성을 동시에 만족시킬 수 없었고, 아이노머 수지의 경우 비용이 매우 상승하는 추가적인 문제점도 있었으며, 최근에 대두되는 태양전지 모듈의 PID 현상을 지연, 억제, 저지시키기에는 역부족인 문제점이 있었다.

이에 본 발명에서는 공중합체 내에 5 ~ 20중량%로 에틸렌 단량체를 포함하는 에틸렌-프로필렌 공중합체를 포함하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물을 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 높은 체적저항률을 구현하여 태양전지 모듈의 PID(potential induced degradation) 현상을 최대한 지연, 억제할 수 있으며, 동시에 내열성, 내습성, 내후성, 접착성, 투명성, 유연성이 현저히 우수하고, 태양전지 봉지재의 제조비용, 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

먼저, 비가교형 태양전지 봉지재 조성물에 포함되는 에틸렌-프로필렌 공중합체에 대해 설명한다.

종래의 태양전지 봉지재에 사용된 수지 성분은 주로 EVA, PVA, 에틸렌-아크릴산에틸, 에틸렌-메타아크릴산, 에틸렌-아크릴산 또는 에틸렌-메타크릴산 등을 사용해 왔으나, 이러한 수지성분은 내열성, 내습성, 내후성, 접착성, 투명성, 유연성, 높은 체적저항률, 낮은 제조단가, 제조시간의 단축 등 태양전지 봉지재에 요구되는 물성 중 어느 하나의 물성이 우수하더라도 다른 물성이 저하되는 등 모든 물성을 동시에 만족시킬 수 없음에 따라 본 발명의 발명자는 상기와 같은 모든 물성을 동시에 만족시킬 수 있는 태양전지 봉지재에 대한 연구를 계속한 끝에 에틸렌 및 프로필렌을 단량체로 포함하는 공중합체를 사용하고, 상기 단량체로 포함되는 에틸렌이 특정 함량일 때 태양전지 봉지재에 요구되는 모든 물성을 동시에 만족시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.

구체적으로 상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 에틸렌 단량체 및 프로필렌 단량체를 포함하고, 상기 에틸렌 단량체는 공중합체 내에 5 ~ 20 중량%로 포함하며, 보다 향상된 물성의 구현을 위해 바람직하게는 에틸렌 단량체가 공중합체 내에 9 ~ 15 중량%로 포함될 수 있다. 만일 상기 에틸렌 단량체가 공중합체 내에 5 중량% 미만으로 포함될 경우 제조된 태양전지 봉지재가 저철분 강화유리 및/또는 백시트에 접착시킬 때 접착력이 저하, 탁도(haze) 증가, 유연성 저하, 열봉합온도 상승, 광투과도 감소로 인한 모듈 효율 감소 등의 문제가 발생할 수 있으며, 만일 에틸렌 단량체가 공중합체 내에 20중량%를 초과하여 포함될 경우 증가된 택키로 인해 제조된 봉지재간 들러붙는 현상이 발생함에 따라 블라킹성 저하에 따른 취급성 저하가 발생하고, 내열성이 저하됨에 따라 모듈 제작 후 봉지재의 흐름성이 증가하여 모듈에 포함되는 기타 부재(예를 들어 글라스)의 무게를 유지하지 못하고 계면이 흘러내릴 수 있으며, 수축률 제어 저하 등의 문제점으로 인해 발명의 목적을 달성할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 반복단위로 에틸렌 및 프로필렌 단량체 이외에 1-뷰텐, 1-펜텐, 1-헥센, 3-메틸-1-뷰텐, 3,3-다이메틸-1-뷰텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 노보넨 유도체, 트라이사이클로-3-데센 유도체, 트라이사이클로-3-운데센 유도체, 테트라사이클로-3-도데센 유도체, 펜타사이클로-4-펜타데센 유도체, 펜타사이클로펜타데카다이엔 유도체, 펜타사이클로-3-펜타데센 유도체, 펜타사이클로-4-헥사데센 유도체, 펜타사이클로-3-헥사데센 유도체, 헥사사이클로-4-헵타데센 유도체, 헵타사이클로-5-에이코센 유도체, 헵타사이클로-4-에이코센 유도체, 헵타사이클로-5-헨에이코센 유도체, 옥타사이클로-5-도코센 유도체, 노나사이클로-5-펜타코센 유도체, 노나사이클로-6-헥사코센 유도체, 사이클로펜타다이엔-아세나프틸렌 부가물, 1,4-메타노-1,4,4a,9a-테트라하이드로플루오렌 유도체 및 1,4-메타노-1,4,4a,5,10,10a-헥사하이드로안트라센 유도체 등에서 선택된 1 종 이상을 더 포함할 수 있으나, 바람직하게는 에틸렌 및 프로필렌 이외의 다른 단량체를 포함하지 않을 수 있다.

상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 중량평균 분자량이 10,000 ~ 5,000,000 일 수 있다.

상기 에틸렌-프로필렌 공중합체의 제조방법은 당업계에 공지된 기상 중합법, 슬러리 중합법, 용액 중합법 등에 의해 제조할 수 있으며, 본 발명에서는 공중합체의 제조방법에 대해 특별히 한정하지 않는다.

상술한 것과 같은 에틸렌-프로필렌 공중합체는 하기 조건 (1) 내지 (3)을 만족할 수 있다.

(1) 190℃, 2.16㎏ 하중에서 멜트플로우레이트(MFR) 0.5 ~ 20g/10분

(2) 밀도 0.850 ~ 0.885g/㎤

(3) 연화점 40 ~ 90℃

먼저 조건 (1)로써, 190℃, 2.16㎏ 하중에서 멜트플로우레이트(MFR)가 0.5 ~ 20 g/10분을 만족할 수 있고, 보다 바람직하게는 0.8 ~ 10 g/10분을 만족할 수 있다. 만일 상기 조건 (1)에서 멜트플로우레이트가 0.5 g/10분 미만일 경우 봉지재 조성물의 점도가 증가하여 조성물의 균일한 분산이 어려워짐에 따라 혼련 공정이 가중되어 생산성이 저하되고, 제조되는 봉지재의 두께 제어가 어려울 수 있는 문제점이 있다. 또한, 봉지재 조성물의 스코치(scorch)성이 높아져 겔화가 되기 쉬워짐에 따라 겔에 의한 제조된 봉지재 표면에 요철이 발생하여 봉지재 불량률이 증가할 수 있다. 나아가 봉지재 표면에 발생할 수 있는 요철은 태양전지 모듈과의 라미네이션 공정에서 태양전지 셀, 전극, 백시트, 전면유리 등과 밀착성을 약화시켜 접착력이 저하되거나 태양전지 셀의 균열을 야기할 수 있다. 더 나아가, 겔을 포함하는 봉지재에 전압이 가해질 때 겔 주변의 봉지재 내부에 크랙이 발생함에 따라 절연파괴 저항이 저하되고, 표면에 겔을 포함하는 봉지재는 투습에 있어 취약함에 따라 내흡수성을 달성할 수 없는 문제점이 있을 수 있다.

만일, 상기 조건에서 멜트플로우레이트가 20 g/10분을 초과하는 경우 수축률 제어가 어려워지고, 태양전지 모듈에 대한 라미네이션 공정 시 태양전지 셀이 틀어지는 등 라미네이션 공정 불량률이 증가할 수 있으며, 성형시 T-다이 또는 캘린더링 등의 성형롤 등으로부터 박리성이 저하됨에 따라 취급성, 생산성이 저하될 수 있는 문제점이 있을 수 있다.

다음으로 조건 (2)로써, 에틸렌-프로필렌 공중합체의 밀도는 밀도 0.850 ~ 0.885g/㎤일 수 있고, 바람직하게는 밀도가 0.862 ~ 0.878g/㎤일 수 있다. 만일 밀도가 0.850 g/㎤ 미만인 경우 젖음성으로 인해 성형시 T-다이 또는 캘린더링 등의 성형롤 등으로부터 박리성이 저하됨에 따라 취급성, 생산성이 저하될 수 있고, 봉지재의 두께 제어 또는 성형자체가 어려울 수 있는 문제점이 있을 수 있다. 만일 밀도가 0.885 g/㎤를 초과하는 경우 백탁으로 인해 투명성이 저하되고, 봉지재가 딱딱해져 유연성이 저하됨에 따라 태양전지 셀의 밀봉이 용이하지 않고, 봉지제가 들뜨는 등의 문제점이 있으며, 이러한 문제점은 태양전지 셀과 봉지재의 박리를 유발하여 태양전지 셀의 손상 등 내구성 및 태양전지 출력을 저하시키는 문제점을 야기할 수 있다.

다음으로 조건 (3)으로써, 에틸렌-프로필렌 공중합체의 연화점은 40 ~ 90℃일 수 있고, 바람직하게는 48 ~ 80℃일 수 있다. 만일 연화점이 40℃ 미만일 경우 내열성이 취약하여 태양전지 모듈을 기울인 상태로 태양광 발전 시, 봉지재의 연화에 따른 전면유리 및/또는 백시트가 미끄러져 박리될 수 있으며, 태양전지 셀이 외부에 노출되는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 성형시 T-다이 또는 캘린더링 등의 성형롤 등으로부터 박리성이 저하됨에 따라 취급성, 생산성이 저하될 수 있고, 봉지재의 두께 제어 또는 성형 자체가 어려울 수 있는 문제점이 있을 수 있다. 만일, 연화점이 90℃를 초과하는 경우 저온 접착이 곤란함에 따라 태양전지 모듈의 라미네이션 공정에서 고온의 열 및/또는 연장된 가온시간을 초래해 제조시간의 연장, 제조비용이 상승할 수 있는 문제점이 있을 수 있다.

다음으로 본 발명에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물에 포함되는 에틸렌-프로필렌 공중합체는 하기의 조건 (4)를 더 만족할 수 있다.

(4) 굴곡탄성율 10 ~ 120MPa

굴곡탄성율은 태양전지 셀과의 밀착력, 성형성, 취급성 등의 물성과 관련이 있으며, 만일 굴곡탄성율이 10MPa 미만일 경우 성형시 T-다이 또는 캘린더링 등의 성형롤 등으로부터 박리성이 저하됨에 따라 취급성, 생산성이 저하될 수 있고, 봉지재의 두께 제어 또는 성형 자체가 어려울 수 있는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 만일 굴곡탄성율이 120MPa를 초과할 경우 강성이 높아져 유연성이 저하되고, 이에 따라 평면의 형상이 아닌, 굴곡진 태양전지 셀과의 밀착력이 저하되어 봉지재와 태양전지 셀 간의 들뜸현상이 발생할 수 있고, 이러한 들뜸현상을 방지하기 위해 압력을 가할 경우 태양전지 셀의 균열, 전극의 손상 등을 유발할 수 있는 문제점이 있을 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 공중합체 내 에틸렌 단량체의 함량이 5 ~ 20중량%를 만족하되, 에틸렌 단량체의 함량이 상이한 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 제2에틸렌-프로필렌 공중합체를 포함할 수 있고, 상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체내 포함된 에틸렌 단량체의 함량은 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체에 포함된 에틸렌 단량체의 함량보다 5 중량% 이상 적을 수 있다. 이를 통해 향상된 물성이 발현되는 태양전지 봉지재를 구현할 수 있다. 만일 제 2 공중합체에 포함된 에틸렌 단량체의 함량(중량%)이 제1 공중합체에 포함된 에틸렌 단량체의 함량보다 5중량% 미만으로 적을 경우 봉지재 시트의 내열성이 현저히 저하되며, 성형용이성이 나빠지고, 수축률 증가하는 문제점이 있을 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물은 이상으로 상술한 에틸렌-프로필렌 공중합체 이외에 실란커플링제 및 그라프팅 개시제를 더 포함할 수 있다.

먼저 상기 실란커플링제는 에틸렌-프로필렌 공중합체에 그라프팅 됨에 따라 봉지재의 내열성 및 접착력을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 실란커플링제는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물에 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 0.1 ~ 5중량부 포함될 수 있고, 바람직하게는 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 0.5 ~ 3중량부 포함될 수 있다. 만일 실란커플링제가 0.1 중량부 미만으로 포함될 경우 목적하는 접착력 및 내열성 향상의 달성할 수 없으며, 5중량부를 초과할 경우 접착력 및 내열성 향상의 효과가 미미해질 수 있고, 과다 포함되는 실란커플링제로 인한 제조비용이 상승하고, 백택현상으로 인해 광투과도가 저하될 수 있는 문제점이 있을 수 있다.

상기 실란커플링제는 당업계에 공지 관용으로 사용되고, 에틸렌-프로필렌 공중합체와 그라프팅 중합이 원활하며, 에틸렌-프로필렌 공중합체와 상용성에서 문제점을 발생시키지 않는 경우 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 R-(CH₂)_n-Si-X의 구조식을 갖는 실란커플링제 일 수 있다. 상기 구조식에서 R은 가수분해가 불가능한 특성을 갖는 그룹이며, 바람직하게는 이중결합을 갖는 그룹일 수 있으며, 구체적으로 비닐기, 에폭시기, 메타크릴옥시기, 아크릴옥시기, 아미노기, 이소시안네이트기, 메르캅토기, 폴리설파이드기 등을 단독 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 X는 가수분해가 가능한 특성을 갖는 그룹일 수 있고, 구체적으로 디알콕시기 및 트리알콕시기 등을 단독 또는 2종 이상 포함할 수 있다.

이에 본 발명에 따른 조성물에 포함될 수 있는 실란커플링제는 구체적으로 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 3-이소시안네이트프로필트리에톡시실란 등을 단독 또는 2종 이상 병용함이 바람직하며, 특히 저철분 강화 유리 및 백시트와의 접착력을 크게 향상 시킬 수 있는 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란(Vinyltrimethoxysilane), 비닐트리에톡시실란(Vinyltriethoxysilane), 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란(3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane), 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란(3-methacryloxypropyltrimethoxysilane), 메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란(3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane), 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란(3-methacryloxypropyltriethoxysilane)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 실란커플링제를 포함하는 것이 보다 바람직하고, 특히 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란을 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로 그라프팅 개시제는 에틸렌-프로필렌 공중합체와 실란커플링제 간에 그라프팅 중합을 개시시킬 수 있는 개시제로써 기능을 하며, 상기와 같은 기능을 하고, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 실란커플링제와 상용성에서 문제가 없으며, 당업계 공지 관용으로 사용되는 그라프팅 중합 개시제의 경우 제한 없이 사용할 수 있다. 다만, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 그라프팅 개시제는 1분 반감기 온도가 90 ~ 190℃인 것을 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다. 만일 1분 반감기 온도가 90℃ 미만의 것을 사용하는 경우 보관 시 냉장보관이 필요함에 따라 취급성이 저하되며, 공정 중 첨가제인 실란커플링제 겔화와 같은 불필요한 반응을 일으킬 수 있으며, 압출기 내 불균일한 반응을 초래하는 문제점이 있을 수 있으며, 1분 반감기 온도가 190℃를 초과하는 것을 사용한 경우 압출기내 온도가 지나치게 높아짐에 따라 열분해에 의한 분자량 감소 및 황변을 초래하는 문제점이 있을 수 있다.

상기 그라프팅 개시제는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물에 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 0.01 ~ 1중량부 포함될 수 있고, 바람직하게는 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 0.03 ~ 0.3중량부 포함될 수 있다. 만일 그라프팅 개시제가 0.01 중량부 미만으로 포함되는 경우 실란커플링제 그래프팅 효율이 저하되어 접착력 및 내열성 향상의 효과를 달성할 수 없는 문제점이 있을 수 있으며, 1 중량부를 초과하는 경우 지나친 에틸렌-프로필렌 공중합체의 분자량 감소를 유발하여 목적하는 범위를 초과하도록 멜트플로우레이트를 증가시킬 수 있고, 고온에서의 용융 흐름성을 증가시켜 내열성을 구현할 수 없는 문제점이 있을 수 있다.

상기 그라프팅 개시제는 디알킬퍼옥사이드, 퍼옥시케탈, 퍼옥시에스테르, 퍼옥시디카보네이트 등을 단독 또는 2 종 이상 병용할 수 있다.

구체적으로 상기 디알킬퍼옥사이드는 디-t-부틸 퍼옥사이드, t-부틸 쿠밀 퍼옥사이드, 디쿠밀 퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-비스-(t-부틸 퍼옥시)헥산 등을 단독 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 퍼옥시케탈은 1,1-비스-(t-부틸 퍼옥시)시클로헥산, 2,2-비스-4,4-디-t-부틸 퍼옥시 시클로헥실)프로판, 2,2-비스-(t-부틸 퍼옥시)부탄, n-부틸-4,4-비스-(t-부틸 퍼옥시)밸러레이트 등 등을 단독 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 퍼옥시에스테르는 t-부틸 퍼옥시아세테이트, t-부틸 퍼옥시-2-에틸헥실 모노 카보네이트, t-부틸 퍼옥시이소부틸레이트, t-부틸 퍼옥시-2-에틸 헥사노에이트, t-부틸 퍼옥시벤조에이트 등을 단독 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 퍼옥시디카보네이트는 디이소프로필 퍼옥시 디카보네이트, 디-2-에틸헥실 퍼옥시 디카보네이트 등을 단독 또는 2종 이상 포함할 수 있다.

상기 그라프팅 개시제는 당업계에서 EVA 등의 수지성분을 포함하는 봉지재 조성물에서 EVA 등의 수지성분을 열에 의해 가교시키는 가교제로써 사용되기도 하는데, 본 발명에 따른 바람직한 일실시예에 포함되는 상기 그라프팅 개시제는 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 실란커플링제 간의 그라프팅 중합반응의 개시제로써의 역할을 담당할 뿐, 가교제가 아니며, 이에 따라 종래의 태양전지 봉지재와 달리 많은 양의 가교제, 가교조제 등을 사용할 필요가 없고, 열 등에 의한 가교반응이 필요하지 않아 저온에서도 접착성능을 발현할 수 있어 보다 생산공정이 간소화, 제조시간이 단축될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물은 자외선 흡수제, 자외선 안정제 및 열안정제 중 적어도 1종 이상을 포함하는 내후성 향성제를 더 포함할 수 있고, 에틸렌-프로필렌 랜덤공중합체 100 중량부에 대해 상기 내후성 향상제를 0.01 ~ 0.4중량부로 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.05 ~ 0.2중량부로 포함할 수 있다. 만일 내후성 향상제를 0.01 중량부 미만으로 포함하는 경우 내후성 향상 효과 발현이 미약하며, 0.4 중량부를 초과하는 경우 황변 등으로 인해 광투과도가 저하되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 내후성 향상제에 포함되는 자외선 흡수제, 자외선 안정제 및 열안정제는 당업계에 공지 관용의 것을 사용할 수 있으며, 구체적으로 상기 자외선 흡수제는 2-하이드록시-4-옥톡시벤조페논, 2-하이드록시-4-메톡시-5-술폰벤조페논 등의 벤조페논계, 2-(2′-하이드록시-5-메틸 페닐)벤조트라이아졸 등의 벤조트라이아졸계, 페닐살릴레이트, p-t-뷰틸페닐살릴레이트 등의 살릴레이트계 등을 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다. 또한, 상기 자외선 안정제는 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트, 폴리[{6-(1,1,3,3-테트라메틸뷰틸)아미노-1,3,5-트라이아진-2,4-다이일}{(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노}헥사메틸렌{(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노}] 등의 힌더드 아민계, 힌더드 피페리딘계 화합물 등을 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다. 또한, 상기 열안정제는 트리스(2,4-다이-tert-뷰틸페닐)포스파이트, 비스[2,4-비스(1,1-다이메틸에틸)-6-메틸페닐]에틸에스터아인산, 트라키스(2,4-다이-tert-뷰틸페닐)[1,1-바이페닐]-4,4'-다이일비스포스포나이트, 및, 비스(2,4-다이-tert-뷰틸페닐)펜타에리트리톨다이포스파이트 등의 포스파이트계 열안정제, 3-하이드록시-5,7-다이-tert-뷰틸-퓨란-2-온과 o-자일렌의 반응 생성물 등의 락톤계 열안정제, 3,3',3",5,5',5"-헥사-tert-뷰틸-a,a',a"-(메틸렌-2,4,6-트라이일)트라이-p-크레졸, 1,3,5-트라이메틸-2,4,6-트리스(3,5-다이-tert-뷰틸-4-하이드록시페닐)벤질벤젠, 펜타에리트리톨테트라키스[3-(3,5-다이-tert-뷰틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트], 옥타데실-3-(3,5-다이-tert-뷰틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 싸이오다이에틸렌비스[3-(3,5-다이-tert-뷰틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트] 등의 힌더드 페놀계 열안정제, 황계 열안정제, 아민계 열안정제 등을 단독 또는 2종 이상 병용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물은 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 범위에서 상술한 성분들 이외에 다른 종류의 수지성분이나 첨가제를 적절히 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 프라이머, 기핵제, 산화방지제, 노화방지제, 각종 고무, 가소제, 충전제, 안료, 염료, 대전방지제, 항균제, 방미제, 난연제 및 분산제 등을 단독 또는 2종 이상의 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 상기 여러 첨가제의 구체적인 종류는 당업계의 공지관용의 것일 수 있으며, 투입되는 첨가제의 종류 및 함량은 목적에 따라 달리 변경하여 실시할 수 있다.

이상으로 상술한 본 발명에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물은 200℃에서의 점도는 1,000 ~ 100,000 P(poise)일 수 있다. 만일 점도가 1,000 P 미만일 경우 내열성 저하의 문제점이 있을 수 있으며, 100,000P를 초과하는 경우 시트 등의 봉지재를 구현시에 외관이 불량해지고, 압출기내 압력상승을 야기시키며, 혼련 불균형을 초래하는 문제점이 있을 수 있다.

한편, 본 발명은 본 발명에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물을 포함하는 태양전지 봉지재용 마스터배치(master batch) 칩을 포함한다.

상기 태양전지 봉지재용 마스터배치 칩은 조성물을 용융/압출시키는 단계; 및 상기 압출된 압출물을 상온으로 냉각시키고 절단하여 펠렛을 제조하는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다. 상기 태양전지 봉지재용 마스터배치 칩은 본 발명에 따른 태양전지 봉지재 조성물의 각종 성분이 고르게 분산된 상태로 조성물의 불균일 혼합을 방지할 수 있고, 봉지재 제조 공정에 있어 분말상태의 조성물을 투입시에 투입구 엉김 현상과 압출기 내부에서 액상 첨가제들의 추가 반응과 같은 문제점을 해결할 수 있는 이점이 있다. 구체적인 제조방법은 당업계에서 공지 관용으로 사용하고 있는 통상의 마스터배치 칩의 제조방법일 수 있으며, 본 발명에서는 구체적인 제조조건, 제조된 마스터배치 칩의 형상, 크기 등을 한정하지 않는다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물을 포함하는 태양전지 봉지재를 포함한다.

상기 태양전지 봉지재의 형상은 필름, 시트 등일 수 있으며, 본 발명에서 그 형상을 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 봉지재는 단층 또는 다층일 수 있으며, 다층의 경우 각 층의 조성은 동일하거나 상이할 수 있다. 다만, 봉지재의 두께는 바람직하게는 0.4~ 0.6mm일 수 있고, 상기 범위를 만족하는 경우 라미네이트 공정에서의 유리, 태양 전지 셀, 박막 전극 등의 파손을 억제할 수 있고, 충분한 광 투과율을 확보하는 것에 의해 높은 광 발전량을 얻을 수 있으며, 저온에서의 태양 전지모듈의 라미네이트 성형이 가능하므로 바람직하다.

상기 태양전지 봉지재는 당업계의 공지된 방법, 예컨대 단축 압출기, 다축 압출기, 반버리 믹서, 니더 등의 용융 혼합 설비를 갖고, 캐스팅 성형, 압출시트 성형, 인플레이션 성형, 사출 성형, 압축 성형, 캘린더 성형 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 태양전지 봉지재를 제조하는 바람직한 일례로, T 다이를 이용하여 공압출법에 의할 경우 용융 온도는 조성물의 유동 특성이나 제막성 등에 따라서 적절히 변경될 수 있으나, 바람직하게는 80℃ ~ 300℃, 보다 바람직하게는 120 ~ 250℃, 보다 더 바람직하게는 150 ~ 200℃일 수 있다. 다만, 조성물에 포함되는 실란커플링제, 그라프팅 개시제 등에 따른 수지압의 증가나 피쉬 아이(fish eye)의 증가를 억제하기 위해서 용융 온도를 저하시키는 것이 바람직하다. 상기 용융 공정 이전에 본 발명에 따른 조성물은 각종 성분을 모두 혼합하여 1 ~ 4시간 동안 볼밀 공정 등의 혼합공정을 거친 후 호퍼에 투입하여 용융시킬 수도 있고, 각 성분을 호퍼에 투입하여 용융 압출 시킬 수도 있으나, 조성물의 구체적 혼합방법, 혼합시간, 조성물 성분의 투입순서, 압출성형 시 시료의 투입속도, 압출기에서의 체류시간, 압출기 스크류의 속도 등을 특별히 한정하지 않는다.

한편, 본 발명은 본 발명에 따른 태양전지 봉지재를 포함하는 태양전지 모듈을 포함한다.

구체적으로 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면모식도로써, 태양전지 셀(4)의 상부와 하부에 태양전지 봉지재(3a, 3b)가 포함되며, 상기 태양전지 봉지재(3a)의 상부에 전면유리(1)가 포함되고, 태양전지 봉지재(3b)의 하부에 백시트(2)가 포함될 수 있고, 상기 태양전지 셀(4)을 전기적으로 연통시킬 수 있는 전극(미도시)을 더 포함할 수 있다.

상기 태양전지 셀, 유리, 백시트는 당업계에 통상적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 형상, 두께, 재질 등은 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.

구체적으로 상기 전면유리(1) 기재는 파장 350∼1400nm의 광의 전광선 투과율이 80% 이상인 것이 바람직하고, 90% 이상인 것이 보다 바람직하다. 이러한 유리 기재로는 적외부의 흡수가 적은 백판 유리를 사용하는 것이 일반적이지만, 청판 유리여도 두께가 3mm 이하이면 태양 전지 모듈의 출력 특성에의 영향은 적다. 또한, 유리 기판의 기계적 강도를 높이기 위해서 열처리에 의해 강화 유리를 수득할 수 있지만, 열처리 없는 플로트 판유리를 사용해도 좋다. 또한, 유리 기판의 수광면측에 반사를 억제하기 위해서 반사 방지의 코팅을 할 수 있다.

또한, 상기 백시트(2)는 태양전지 모듈 이면을 보호하는 기재로써, 특별히 제한은 없지만, 태양 전지 모듈의 최표층에 위치하기 때문에, 상술한 표면 보호 부재와 마찬가지로, 내후성, 기계 강도 등의 여러 가지 특성을 요구하게 된다. 따라서, 표면 보호 부재와 같은 재질로 태양 전지 모듈용 이면 보호 부재를 구성해도 좋다. 즉, 표면 보호 부재로서 사용되는 전술한 각종 재료를 이면 보호 부재로서도 이용할 수 있다. 특히, 폴리에스터 수지 및 유리를 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 이면 보호 부재는, 태양광의 통과를 전제로 하지 않기 때문에, 표면 보호 부재에서 요구되는 투명성은 반드시 요구되는 것은 아니다. 한편, 태양 전지 모듈의 기계적 강도를 늘리기 위해서 및/또는 온도 변화에 의한 변형, 휨을 방지하기 위해서 보강판을 더 포함할 수 있다. 상기 보강판에 대한 비제한적인 예로써, 강판, 플라스틱판, FRP(유리 섬유 강화 플라스틱)판 등을 사용할 수 있다.

상기 태양전지 셀(4)은 반도체의 광기전력 효과를 이용하여 발전할 수 있는 것이면, 특별히 제한은 없다. 태양 전지 소자는, 예컨대, 실리콘(단결정계, 다결정계, 비결정(amorphous)계) 태양 전지, 화합물 반도체(III-III족, II-VI족, 기타) 태양 전지, 습식 태양 전지, 유기 반도체 태양 전지 등을 이용할 수 있다. 이들 중에서는, 발전 성능과 비용의 균형 등의 관점에서, 다결정 실리콘 태양 전지가 바람직할 수 있다.

상기 전극(미도시)의 구성 및 재료는 본 발명에서 특별히 한정되지 않지만, 구체적인 예로서는, 투명 도전막과 금속막의 적층 구조를 갖는다. 투명 도전막은 SnO2, ITO, ZnO 등으로 이루어진다. 금속막은 은, 금, 구리, 주석, 알루미늄, 카드뮴, 아연, 수은, 크로뮴, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 바나듐 등의 금속으로 이루어진다. 이들 금속막은 단독으로 사용되어도 좋고, 복합화된 합금으로서 사용될 수도 있다. 투명 도전막과 금속막은 CVD, 스퍼터, 증착 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.

상기 태양전지 모듈의 제조방법은 당업계에서 공지 관용의 제조방법을 채용할 수 있으며, 구체적으로 열 및/또는 압력 중 적어도 하나 이상을 가하고, 탈기공정 등을 수행하여 제조할 수 있고, 그 구체적 방법은 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

<실시예 1>

공중합체내 에틸렌 단량체가 15중량%로 포함된 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체(Vistamaxx 6202FL, ExxonMobil社) 70 중량부에 대해 공중합체내 에틸렌 단량체가 8.5중량%로 포함된 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체(Vistamaxx 3980FL, ExxonMobil社)를 30 중량부 혼합하였다. 상기 전체 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 실란커플링제(KBM5103, 신에츠社) 1중량부, 그라프팅 개시제(DCP, 동보화학社) 0.06중량부, 산화방지제(AO120T, TOWREX社) 0.1중량부, 기핵제 마스터배치(NU500P, TOWREX社) 0.3중량부를 투입하여 볼밀공정을 통해 2시간 동안 혼합하여 조성물을 제조하였다.

상기 조성물을 이축압출기(바우테크사 L/D=40, 지름 19mm)에 투입하여 가공온도 180℃에서 압출공정을 수행했으며, 이때 압출기 스크류는 200RPM이었고, 압출기내 체류시간은 1분30초, 시료투입속도는 10g/분으로 하였고, 150℃, 5분, 25MPa 조건에서 프레스로 가로 100mm, 세로100mm, 두께 0.5mm의 하기 표 1과 같은 태양전지 봉지재를 제조하였다.

<실시예 2 ~ 14>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 태양전지 봉지재 조성물의 조성을 하기 표 1과 같이 변경하여 하기 표 1과 같은 태양전지 봉지재 시트를 제조하였다.

<비교예 1 ~ 2>

<실험예 1>

실시예 및 비교예에 포함된 제1 및 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체의 물성을 하기와 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

1. 공중합체 내 에틸렌 단량체의 함량

에틸렌-프로필렌 공중합체내 에틸렌 단량체의 함량을 ASTM D3900에 의거하여 측정하였다.

2. 밀도

에틸렌-프로필렌 공중합체의 밀도를 ASTM D1505에 의거하여 측정하였다.

3. 멜트플로우레이트(MFR)

에틸렌-프로필렌 공중합체의 멜트플로우레이트를 ASTM D1238(190℃, 2.16㎏ 하중 기준)에 의거하여 측정하였다.

4. 연화점

에틸렌-프로필렌 공중합체의 연화점을 ASTM D1525에 의거하여 측정하였다.

5. 굴곡탄성율(Flexural modulus)

에틸렌-프로필렌 공중합체의 굴곡탄성율은 ISO 178에 의거하여 측정하였다.

<실험예 2>

실시예 및 비교예에 의해 제조된 태양전지 봉지재 시트의 물성을 하기와 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

1. 체적저항률

태양전지 봉지제 시트의 체적저항률을 ASTM D25에 의거하여 측정하였다.

2. 수분 투과도

태양전지 봉지제 시트의 수분투과도를 ASTM F1249에 의거하여 측정하였다.

3. 성형 용이성 평가

시트를 가로, 세로 10×10 cm로 잘라 시편을 제조 후, 상기 시편 50장을 적층하여 50℃ 오븐에서 12시간 방치하였다. 이후 적층된 시편을 25℃로 냉각한 후 적층된 시편의 최상부에서부터 각 시트를 분리하여 성형용이성을 평가하였으며, 상기 분리방식은 통상의 청색테이프를 상기 시편의 중앙부에 접착한 후 청색테이프를 손으로 들어올리는 방식을 사용했고, 이때 분리되지 않은 시트의 개수를 카운팅하여 분리되지 않은 시트의 개수가 2장 미만으로 발생한 경우 ◎, 2 ~ 5장 미만은 ○, 5~ 10장 미만은 △, 10장 이상은 ×로 나타내었다.

4. 수축률 평가

시트를 가로, 세로 10×10 cm 로 잘라 시편을 제조 후, 상기 시편을 90℃ water bath에서 5분 방치하였다. 이후 시편을 25℃ 냉각한 후 시편의 가로, 세로의 길이 변화율을 측정하였다.

이 때 변화율 5% 미만인 경우 ◎, 5 ~ 10%이내 △, 10% 초과의 경우 ×로 나타내었다.

<실험예 3>

실시예 및 비교예에 의해 제조된 태양전지 봉지재 시트를 저철분글라스(누리코퍼레이션, LIF TYPE)/ 태양전지 봉지재 시트/셀(JSPV, JSCM3186S)/ 태양전지 봉지재 시트/백시트(3M, SF15T) 구조로 적층 후 진공라미네이터를 사용하여 120℃에서 펌핑3분, 가압10분 조건으로 라미네이션 하여 가로, 세로 10×10 cm인 태양전지 모듈 시편을 제조하였다. 상기 제조된 태양전지 모듈의 시편에 대해 하기 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

1. 태양전지 봉지재 및 태양전지 셀과의 밀착성 평가

상기 제조된 시편을 광학현미경으로 관찰하여 보이드가 발생한 개수를 카운팅 하였으며, 보이드가 0개 발생한 경우 ◎, 1 ~ 3개 미만은 ○, 3~ 5개 미만은 △, 5개 이상은 ×로 나타내었다.

2. 태양전지 셀의 손상여부 평가

상기 제조된 시편을 광학현미경으로 관찰하여 균열이 발생한 쉘의 개수를 카운팅 하였으며, 균열이 발생한 쉘이 0개인 경우 ◎, 1 ~ 3개 미만은 ○, 3~ 5개 미만은 △, 5개 이상은 ×로 나타내었다.

3. 광투과율(%)

시편에 대해 분광측정기(Agilent, 8453)를 이용하여 파장범위 200 ~ 1100 nm에서의 평균광투과도를 측정하였다.

4. 내열성

시편을 100℃ 오븐에서 500시간동안 수직으로 1kg하중을 주어 저철분글라스가 흘러 내렸는지 여부를 평가하여 흘러내림 없는 경우 ◎, 흘러내림 발생한 경우 ×로 표시하였다.

5. 접착강도

상기 제조된 시편을 폭10mm로 재단 후 UTM을 이용하여 50mm/분 속도로 봉지재 시트와 태양전지 모듈용 저철분 유리와의 접착강도를 측정하였다.

* 공중합체는 에텔렌-프로필렌 공중합체임			실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
조성물	제1 공중합체	에틸렌함량(중량%)	15	15	15	16	11
		밀도(g/㎤)	0.863	0.863	0.863	0.862	0.87.
		MFR(g/10min)	9.1	9.1	9.1	1.5	3.6
		연화점(℃)	47.1	47.1	47.1	52.2	66
		굴곡탄성율(MPa)	12.3	12.3	12.3	12.3	59
	제2 공중합체	에틸렌함량(중량%)	8.5	10.5	11	15	8.5
		밀도(g/㎤)	8.879	0.874	0.87.	0.863	8.879
		MFR(g/10min)	3.6	0.9	3.6	9.1	3.6
		연화점(℃)	80	70	66	47.1	80
		굴곡탄성율(MPa)	111	60.4	59	12.3	111
	공중합체내 에틸렌 함량 차(중량%)		6.5	4.5	4	1	2.5
	제1공중합체(중량부)/ 제2 공중합체(중량부)		100/43	100/43	100/43	100/43	100/43
봉지재 시트	체적저항률(Ω·㎝)		10E18	10E17	10E17	10E16	10E17
	수분투과도(g·500um/㎡·day)		0.2	0.3	0.3	0.4	0.2
	성형용이성		◎	◎	◎	×	◎
	수축률		◎	△	△	×	△
태양 전지 모듈	밀착성		◎	◎	◎	◎	◎
	셀 손상여부		◎	◎	◎	◎	◎
	평균 광투과율(%)		93	93	93	91	90
	내열성		◎	×	×	×	×
	접착강도(N/㎝)		100	110	110	120	50

* 공중합체는 에텔렌-프로필렌 공중합체임			실시예6	실시예7	실시예8	실시예9	실시예 10
조성물	제1 공중합체	에틸렌함량(중량%)	16	24	15	15	15
		밀도(g/㎤)	0.862	0.852	0.863	0.863	0.863
		MFR(g/10min)	1.5	6.3	9.1	9.1	9.1
		연화점(℃)	52.2	58.2	47.1	47.1	47.1
		굴곡탄성율(MPa)	12.3	8.1	12.3	12.3	12.3
	제2 공중합체	에틸렌함량(중량%)	8.5	16	8.5	8.5	8.5
		밀도(g/㎤)	8.879	0.862	8.879	8.879	8.879
		MFR(g/10min)	3.6	1.5	3.6	3.6	3.6
		연화점(℃)	80	52.2	80	80	80
		굴곡탄성율(MPa)	111	12.3	111	111	111
	공중합체내 에틸렌 함량 차(중량%)		7.5	8	6.5	6.5	6.5
	제1공중합체(중량부)/ 제2 공중합체(중량부)		100/43	100/43	100/100	100/120	100/27
봉지재 시트	체적저항률		10E17	10E16	10E18	10E17	10E17
	수분투과도(g·500um/㎡·day)		0.4	0.4	0.3	0.3	0.3
	성형용이성		◎	△	◎	◎	△
	수축률		◎	△	◎	◎	×
태양 전지 모듈	밀착성		◎	◎	◎	◎	◎
	셀 손상여부		◎	◎	◎	◎	◎
	평균 광투과율(%)		89	87	89	87	92
	내열성		◎	◎	◎	◎	◎
	접착강도(N/㎝)		110	120	70	60	120

구체적으로 상기 표 1 내지 3에서 확인할 수 있듯이,

공중합체 내 에틸렌 단량체의 함량이 20 중량%를 초과하는 비교예 1은 실시예 11 내지 14에 비해 봉지재 시트의 성형용이성, 수축률이 현저히 좋지 않았고, 체적저항률도 현저히 낮았으며, 태양전지 모듈에서도 내열성이 저하된 것을 확인할 수 있다.

또한, 공중합체내 에틸렌 단량체의 함량이 5중량% 미만인 비교예 2의 경우 실시예 11 내지 14에 비해 밀착성이 떨어지고, 내열성이 현저히 좋지 않고 접착강도도 현저히 낮아 내구성이 현저히 좋지 못할 것임을 확인할 수 있다.

또한, 에틸렌-프로필렌 공중합체내 에틸렌 단량체의 함량이 상이한 2종의 공중합체를 혼합한 실시예 1내지 실시예 10에서 2종의 공중합체에 각각 포함된 에틸렌 단량체의 함량이 5중량% 미만인 실시예 2 내지 5의 경우 실시예 1에 비해 체적저항이 저하(실시예 4)되거나 수축률이 좋지 않게(실시예 2, 3) 되거나 내열성이 현저히 좋지 않는(실시예 2 내지 4) 등 모든 물성을 동시에 만족하지 못함을 확인할 수 있다.

또한, 제1 공중합체 100 중량부에 대해 제2 공중합체가 120 중량부로 혼합된 실시예 9의 경우 실시예 1에 비해 접착력이 저하됨을 확인할 수 있고, 제1 공중합체 100 중량부에 대해 제2 공중합체가 120 중량부로 혼합된 실시예 9의 경우 실시예 1에 비해 봉지재 시트의 수축률이 현저히 좋지 못함을 확인할 수 있다.

한편, 에틸렌-프로필렌 공중합체내 에틸렌 단량체의 함량이 상이한 2종의 공중합체를 혼합하고, 각 공중합체내 에틸렌 단량체의 함량 차이가 8중량%인 경우라도 공중합체내 에틸렌 단량체의 함량이 20중량%를 초과하는(24중량%) 제1 공중합체를 포함하는 실시예 7은 실시예 1(또는 실시예 6)에 비해 봉지재 시트에서 체적저항률이 현저히 낮아지고 성형용이성, 수축률이 저하되는 등 문제가 있음을 확인할 수 있다.

Claims

제1 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체를 포함하는 에틸렌-프로필렌 공중합체를 포함하고,
상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체는 각각 공중합체 내에 5 ~ 20중량%로 에틸렌 단량체를 포함하며,
상기 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체는 상기 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체에 포함된 에틸렌 단량체의 함량보다 5중량% 이상 적은 함량의 에틸렌 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
제1항에 있어서,
상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 하기 조건 (1) 내지 (3)을 만족하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
(1) 190℃, 2.16㎏ 하중에서 멜트플로우레이트(MFR) 0.5 ~ 20g/10분
(2) 밀도 0.850 ~ 0.885g/㎤
(3) 연화점 40 ~ 90℃
제2항에 있어서,
상기 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 하기 조건 (4)를 더 만족하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
(4) 굴곡탄성율 10 ~ 120MPa
제2항에 있어서,
상기 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체는 하기 조건 (1) 내지 (3)을 만족하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
(1) 190℃, 2.16㎏ 하중에서 멜트플로우레이트(MFR) 0.8 ~ 10g/10분
(2) 밀도 0.862 ~ 0.878g/㎤
(3) 연화점 48 ~ 80℃
제1항에 있어서,
상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 공중합체 내에 포함된 에틸렌 단량체의 함량이 9 ~ 15중량%인 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 에틸렌-프로필렌 공중합체는 제1 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 제2 에틸렌-프로필렌 공중합체를 35 ~ 110 중량부로 포함하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
제1항에 있어서,
상기 비가교형 태양전지 봉지재 조성물은 실란커플링제 및 그라프팅 개시제를 더 포함하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
제8항에 있어서,
상기 실란커플링제는 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란(3-acryloxypropyltrimethoxysilane), 비닐트리메톡시실란(Vinyltrimethoxysilane) , 비닐트리에톡시실란(Vinyltriethoxysilane),3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란(3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane), 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란(3-methacryloxypropyltrimethoxysilane), 메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란(3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane), 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란(3-methacryloxypropyltriethoxysilane) 으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
제8항에 있어서,
상기 그라프팅 개시제는 1분 반감기 온도가 90 ~ 190℃인 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
제8항에 있어서,
상기 비가교형 태양전지 봉지재 조성물은 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 실란커플링제 0.1 ~ 5중량부 및 그라프팅 개시제 0.01 ~ 1 중량부를 포함하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
제1항에 있어서,
상기 비가교형 태양전지 봉지재 조성물은 자외선 흡수제, 자외선 안정제 및 열안정제 중 적어도 1종 이상을 포함하는 내후성 향성제를 더 포함하고, 에틸렌-프로필렌 공중합체 100 중량부에 대해 상기 내후성 향상제를 0.01 ~ 0.4 중량부로 포함하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
제1항에 있어서,
상기 비가교형 태양전지 봉지재 조성물의 200℃에서의 점도는 1,000 ~ 100,000 P(poise) 인 비가교형 태양전지 봉지재 조성물.
제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물을 포함하는 태양전지 봉지재용 마스터배치 칩.
제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 비가교형 태양전지 봉지재 조성물을 포함하는 태양전지 봉지재.
공중합체 내에 5 ~ 20중량%로 에틸렌 단량체를 포함하는 에틸렌-프로필렌 공중합체;를 포함하는 비가교형 태양전지 봉지재 조성물을 포함하며, 하기 조건 (6) 및 (7)을 만족하는 태양전지 봉지재.
(6) 수분 투과도 0.1 ~ 1 g·500um/㎡·day
(7) 체적저항 10E16 ~ 10E18 Ω·㎝
제15항에 따른 태양전지 봉지재를 포함하는 태양전지 모듈.